[发明专利]一种耐葡萄糖的β-葡萄糖苷酶及其表达基因和应用

说明书

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种耐葡萄糖的β‑葡萄糖苷酶及其表达基因和应用。本发明从红树林土壤中筛选到以葡萄糖为底物时可产β‑葡萄糖苷酶的聚多曲霉L1，通过比较转录组的方法筛选聚多曲霉L1分别以葡萄糖、微晶纤维素和纤维二糖为唯一碳源诱导时表达量相近的基因bgAs1，通过毕赤酵母表达系统进行体外表达，纯化后获得重组β‑葡萄糖苷酶BgAs1。该β‑葡萄糖苷酶具有较高的葡萄糖耐受性、盐耐受性和宽泛的底物特异性，在协同纤维素酶水解甘蔗渣上BgAs1表现出替代商业化酶Nov188的潜力，具有良好的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种耐葡萄糖的β-葡萄糖苷酶及其表达基因和应用。

背景技术

纤维素作为现在地球上含量丰富的可再生能源，具有很大的开发潜力。纤维素是由β-1,4糖苷键连接葡萄糖苷而成的大分子，其作为植物多糖最主要成分，在植物结构中起到了不可或缺的作用，与半纤维素和木质素三者相互交联构成了细胞壁的主要骨架。我国是传统的农业大国，秸秆资源十分丰富，但利用率极其低下，在农业实践中常被废弃或焚烧，从而造成环境的污染。畜牧业的疾速发展增加了粮食的压力，使我国面临着人畜争粮的局面，而利用秸秆资源转换为饲料或促进饲料中纤维素等养分的吸收可以缓解这一问题。但是，秸秆及畜禽日粮中均含有纤维素等难被畜禽消化吸收物质，所以，该怎样快速高效降解纤维素成为了关键性问题，纤维素降解酶因为其降解纤维素的能力逐渐成为人们研究的热点。

纤维素生物质转化为葡萄糖由外切葡聚糖酶，内切葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶起协同作用以水解纤维素的β-1,4键。β-葡萄糖苷酶可以在水解过程中有效地水解纤维二糖等寡糖，从而消除了这些寡糖对上游纤维素酶的产物抑制作用，因此β-葡萄糖苷酶被认为是纤维素降解过程的关键限速酶，它决定了其余过程的性能。该转化纤维素生物质的生物转化也是生产第二代(2G)乙醇和其他化学品的绿色方式，并且它不与用于第一代生物乙醇生产的人类食物资源竞争，从而结束了有争议的粮食与燃料和使用耕地的问题。

β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase，EC3.2.1.21)，可以催化水解β-D-葡萄糖苷键生成葡萄糖。经研究发现在一些霉菌如曲霉、木霉、青霉等，具有较高的β-葡萄糖苷酶活性。红树林分布于热带和亚热带海岸的潮间带上部，也是只生长在海滩上的森林类型，是具有重要生态意义的海岸环境。有调查表明，红树林生物资源十分丰富，包括真菌，细菌，藻类等。海南岛红树林生态面积占比达到了全国的17.9％，东寨港红树林自然保护区位于中国海南省海口市，该红树林区内有丰厚的植物凋落物，而这些植物凋落物的水解需要由土壤中的微生物产生降解纤维素的酶类参与。本发明以红树林腐殖层土壤筛选到的聚多曲霉为研究对象，其不需要特定碳源诱导产酶的特殊性质，具有较大的研究价值。

葡萄糖耐受性是β-葡萄糖苷酶的一个关键性质，具有葡萄糖高耐受性的β-葡萄糖苷酶因其独特的优势而日益在饲料工业、食品工业、生物合成以及生物燃料等领域显现出越来越重要的独特优势。在纤维素乙醇行业，具有高耐受性的β-葡萄糖苷酶也可以减弱产物葡萄糖对自身酶活的抑制。所以筛选或者改造得到高葡萄糖耐受性的β-葡萄糖苷酶对该酶的工业化应用具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种耐葡萄糖的β-葡萄糖苷酶及其表达基因和应用，该β-葡萄糖苷酶具有较高的葡萄糖耐受性，在饲料工业、食品工业、生物合成以及生物燃料等领域具有重要的独特优势。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种耐葡萄糖的β-葡萄糖苷酶，其具有：

(I)、如SEQ ID No.2所示的氨基酸序列；或

(II)、在SEQ ID NO:2所示的氨基酸序列中取代、缺失和/或添加一个或多个核苷酸且与(I)所述的氨基酸序列功能相同的氨基酸序列；或

(III)、与如(I)或(II)所述的氨基酸序列具有90％以上同一性的氨基酸序列。